使用反射器陣列的照明設(shè)備的制造方法
【專利說明】
【背景技術(shù)】
[0001]當(dāng)前可用的大多數(shù)高亮度投影儀使用氙燈或超高性能(UHP)汞弧燈。高瓦數(shù)氙燈常用于數(shù)字影院、大型會場及固定安裝的投影儀中。這些投影儀通常使用2-6kW瓦數(shù)范圍的氙燈，并具有范圍在10，000-30，000流明的亮度。高瓦數(shù)氙燈有相對短的壽命，通常在500-1000小時范圍內(nèi)。UHP汞弧燈常用在家用或辦公室用的緊湊且便攜的投影儀。這樣的投影儀通常使用瓦數(shù)范圍120-350W的UHP汞弧燈，具有1000-5000流明范圍的亮度。UHP汞弧燈具有約2000小時的典型壽命，此壽命仍是相對短的。
[0002]因此，需要這樣的投影儀，其使用具有長得多的壽命同時還提供適當(dāng)亮度的光源。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明實施例提供用于提供投影儀照明的儀器和系統(tǒng)。使用兩組或兩組以上的反射器來組合由兩個或兩個以上的光源的二維陣列所發(fā)射的光束以向投影系統(tǒng)的光瞳提供高亮度的組合光束。固態(tài)光源，比如二極管激光器和LED，可被用作相對低成本且低功率而又具有長壽命的光源。
[0004]在一個實施例中，給出了用于向成像設(shè)備的光瞳提供照明的光學(xué)系統(tǒng)。此光學(xué)系統(tǒng)包括以行列布置的第一光源的第一二維陣列，和以行列布置的第二光源的第二二維陣列。所述第二光源和所述第一光源在列方向和行方向上都是交錯的。此光學(xué)系統(tǒng)還包括第一組第一反射器和第二組第二反射器。第一組第一反射器布置為交錯的陣列使得每個第一反射器都是可操作的以將第一光源各行所提供的第一光束反射向成像設(shè)備的光瞳。第二組第二反射器布置為交錯的陣列使得每個第二反射器都是可操作的以將第二光源各行所提供的第二光束反射向成像設(shè)備的光瞳。每個第二反射器都在朝向光瞳的方向上疊放于對應(yīng)的第一反射器前面，并含有透明區(qū)域，所述透明區(qū)域是可操作的以傳輸對應(yīng)的第一反射器所反射的第一光束。
【附圖說明】
[0005]圖1是投影系統(tǒng)簡化示意圖的剖視圖；
[0006]圖2A是按照本發(fā)明一個實施例的光學(xué)系統(tǒng)簡化示意圖的局部透視圖；
[0007]圖2B是圖2A中所示光學(xué)系統(tǒng)簡化示意圖沿圖示射線圖的剖視圖；
[0008]圖3A是按照本發(fā)明一個實施例的、圖2A和2B中所示的光學(xué)系統(tǒng)中可用的光源的二維陣列的簡化示意圖的平面圖；
[0009]圖3B是按照本發(fā)明一個實施例的、圖2A和2B中所示的光學(xué)系統(tǒng)中可用的另一個光源的二維陣列的簡化示意圖的平面圖；
[0010]圖4A是按照本發(fā)明一個實施例的、圖2A和213中所示的光學(xué)系統(tǒng)中可用的反射器的簡化示意圖的平面圖；
[0011]圖4B是按照本發(fā)明一個實施例的、圖2A和2B中所示的光學(xué)系統(tǒng)中可用的另一個反射器的簡化示意圖的平面圖；
[0012]圖5A是按照本發(fā)明一個實施例的成像設(shè)備的光瞳的平面圖；
[0013]圖5B是按照本發(fā)明另一實施例的成像設(shè)備的光瞳的平面圖；
[0014]圖5C是按照本發(fā)明又一實施例的成像設(shè)備的光瞳的平面圖；
[0015]圖6是按照本發(fā)明另一實施例的光學(xué)系統(tǒng)的簡化示意圖沿圖示射線圖的剖視圖；
[0016]圖7是按照本發(fā)明一個實施例的、圖6中所示的光學(xué)系統(tǒng)中可用的照明源的簡化示意圖的平面圖。
[0017]詳細(xì)描述
[0018]當(dāng)前可用的大多數(shù)高亮度投影儀使用氙燈或UHP汞弧燈。然而，高瓦數(shù)的氙燈和UHP汞弧燈都具有相對短的壽命。因此，需要有這樣的投影儀，其使用具有長得多的壽命同時還提供適當(dāng)亮度的光源。本發(fā)明的實施例可提供利用激光器或其他長壽命光源以適當(dāng)亮度向投影儀提供照明的儀器和系統(tǒng)。例如，使用兩組或兩組以上反射器組合兩個或兩個以上光源的二維陣列所發(fā)射的光束以向投影系統(tǒng)的光瞳提供高亮度的組合光束?？刹捎霉虘B(tài)光源，比如二極管激光器和LED，作為相對低成本和低能耗而又具有長壽命的光源。
[0019]圖1是可以使用本發(fā)明的實施例的投影系統(tǒng)100的簡化示意圖的剖視圖。照明設(shè)備104所提供的光102 (由粗箭頭所表示)行進(jìn)通過會聚透鏡110和全內(nèi)反射(TIR)棱鏡130，并聚焦到成像器120上，在此光線被轉(zhuǎn)換成視頻信息。成像器120可以包括，例如，數(shù)字微鏡設(shè)備(DMD)、液晶光閥，或其類似物，其在對應(yīng)于圖像的各像素的各空間區(qū)域內(nèi)調(diào)制光線的振幅。然后經(jīng)調(diào)制的光線通過投影透鏡140以在顯示設(shè)備150處形成放大的圖像。顯示設(shè)備150可以包括，例如，墻壁、屏幕，或其類似物。將在下面詳述的本發(fā)明實施例提供用于向投影系統(tǒng)提供照明的照明設(shè)備，比如圖1中所示的那個。
[0020]圖2A是按照本發(fā)明實施例的光學(xué)系統(tǒng)200的簡化示意圖的局部透視圖。光學(xué)系統(tǒng)200包括光源的第一二維陣列210、光源的第二二維陣列220、一組第一反射器250，和一組第二反射器260。光源的第一二維陣列210包括位于第一板214上的多個第一光源212。光源的第二二維陣列220包括位于第二板224上的多個第二光源222。
[0021]圖2B是圖2A中所示光學(xué)系統(tǒng)200的簡化示意圖沿示意射線圖的剖視圖。如所示，每個第一光源212是可操作的以按照垂直于第一板214的方向(例如，+X方向)發(fā)射第一光束202 (以點線表示)。每個第二光源222是可操作的以按照垂直于第二板224的方向(例如，+X方向)發(fā)射第二光束204 (以細(xì)實線表不)。在一個實施例中，每個第一光源212或第二光源222包括固態(tài)發(fā)光設(shè)備，比如二極管激光器、LED，或其類似物。每個第一光源212或第二光源222可以是可操作的以按照各種的實施例提供準(zhǔn)直光束或非準(zhǔn)直光束。
[0022]圖3A是按照本發(fā)明實施例的光源的第一二維陣列210的簡化示意圖的平面圖。光源的第一二維陣列210包括在行方向(例如垂直于圖2B紙面的y方向)上布置的第一光源212構(gòu)成的多行，和在列方向(例如z方向)上布置的第一光源212構(gòu)成的多列。光源的第一二維陣列布置在第一板214上。
[0023]如圖3A中所示，第一板214包括透明區(qū)域216的陣列。此透明區(qū)域216在行方向和列方向上是與第一光源212交錯的。每個透明區(qū)域216可以包括孔洞或透明材料。
[0024]圖3B是按照本發(fā)明實施例的光源的第二二維陣列220的簡化示意圖的平面圖。光源的第二二維陣列220包括以行方向(例如I方向)放置的第二光源222構(gòu)成的多行，和以列方向(例如z方向)放置的第二光源222構(gòu)成的多列。光源的第二二維陣列220以和第一板214上的透明區(qū)域216陣列相同的空間模式而布置在第二板224上。
[0025]如圖2B中所示，光源的第二二維陣列220在+x方向上定位在光源的第一二維陣列210之后。第一板214和第二板224適當(dāng)?shù)叵嗷R，使得第二板224上的第二光源222在+X方向上直接位于第一板214上的透明區(qū)域216之后。以此方式，第一板214內(nèi)的透明區(qū)域216是可操作的以傳送第二光源222所發(fā)射的第二光束204。
[0026]如圖2B中所示，這組第一反射器250a_e在X方向上以陣列布置并在z方向交錯，使得每個第一反射器250的z坐標(biāo)和第一光源212的對應(yīng)行的z坐標(biāo)大致相同。
[0027]圖4A是按照本發(fā)明實施例的第一反射器250的簡化示意圖的平面圖。第一反射器250包括在y方向上伸長的矩形反射表面256 (所述y方向垂直于圖2B的紙面)。應(yīng)理解第一反射器250的反射表面256在一些實施例中可由其他形狀表征。在一個實施例中，第一反射器250包括薄金屬片。在另一實施例中，第一反射器250包括帶有反射表面256的電介質(zhì)板或棱鏡，所述反射表面256采用可見光強(qiáng)化鋁沉積、冷光鏡沉積，或適合其目的的其他類型的高反射涂層進(jìn)行金屬化。
[0028]如圖2B中所示，每個第一反射器250得到定位使得每個第一反射器250的反射表面256的法線在x-z平面上并以相對于X方向的一個角度傾斜。同樣，每個第一反射器250是可操作的以將由第一光源212的各個行所發(fā)射的第一光束202反射到朝著成像設(shè)備的光瞳290的方向(例如-Z方向)中。在圖4A中打陰影的橢圓圓圈252表示當(dāng)由第一光源212的一行所發(fā)射的第一光束202碰撞(imping upon)對應(yīng)的第一反射器250時的第一光束202的足跡。在一個實施例中，每個第一反射器250的反射表面256的法線和x軸之間的角度成約45度。在此情況下，第一光束202以約45度入射角入射在每個第一反射器上。在其他實施例中，每個第一反射器250的反射表面256的法線和X軸之間的角度不同于45度。
[0029]如圖2B所示，該組第二反射器260a_e在X方向上設(shè)置為陣列。該組第二反射器260a-e交錯并且在z方向上設(shè)置在該組第一反射器250a_e的前面，從而每個第二反射器260的z坐標(biāo)與